伺服(Servo)DC 式的前置擴大機,最早以商品出現於音響市場的是 GAS 公司出品的 Thaedra 型(註:請參考音技第 13 期 p.66),近來則是 Onkyo 大力廣告的"Supper Servo"。而對於自己裝的愛好者更是有著多種不同的伺服設計和製作,譬如最近美國頗轟動的 Dynaco PAT5/WJ1A 型的磁頭放大級就是採用了伺服迴路。目前在台灣自己裝的同好日益增加,故特別將自己的一點心得拿出來與大家共同研討,文章主要是討論 DH 101 EQ 部分之伺服迴路的加入,但是對於不同型態的電路亦可以應用同樣的原理予以控制,此處要特別請同好如有任何發現或是有意見,請在音技這公開的園地上大家討論。

爲什麼要採用 DC-Servo Loop?

  一個傳統式的擴大機電路,簡化如圖一,其中存在有幾個電容器:C1 是阻絕輸入信號的 DC 成分,C2 為控制擴大機本身 DC 狀態使輸出在無訊時能維持一個不大的 DC 成分,C3 的目的是史書到下一級的訊號只有 AC 存在。通常由於 C1 的值用得並不大,因為一般的輸入阻抗少說也有數拾 KΩ,C1 有個 1uF 就能有不錯的低頻響應,在 1uF 時可以用無極性的薄膜電容如 Mylar 質的,工作特性較佳。而 C2 和 C3 就很麻煩了,因為 C2 和 C3 的容量頗大的,以 DH 101 為例,C2 用到 470uF,C3 用 10uF,在這麼大的容量需要下,不可能用無極性電容(C3 也許可能),因此必須使用鋁質或鉭質電解電容。部之各位讀者對電解質電容的看法如何,但我是非常不喜歡使用在這種場合。因為極性要先確定,因為輸出端的電位並不是非常的穩定,而是會漂移的,極性錯誤的情況下,電解電容的特性非常差,不論是鋁質或鉭質,在極性正確時,漏電固然不是很嚴重,但是電解質電容的 AC 特性也是不怎麼令人滿意。由於電容(尤其是電解電容)存在於交連電路中間問題非常多,因此有人設計了全直接式 DC 擴大機,電路中使用很少或根本不用任何交連電容。這個設計概念非常不錯,但是實際使用上並不完全合用,有的是靜態很穩定,一有大訊號整個就亂七八糟,有的連吹口氣都受不了,好一點的設計在經過一段時間後因為零件的特性改變如電阻值變大了、晶體的 hfe 變了,也就慢慢的漂到一邊去了,因而可能導致如喇叭的損壞。使用了伺服迴路真的可以將所有的交連電容取消,而且中點電壓非常的穩定,只在數 mV 級,所加的零件並不多。由以上各點綜合一下,可以得到一個結論:不妨一試。

伺服迴路之工作狀況

  伺服迴路的工作,在於控制直流工作,而不影響到主放大電路的交流特性,將輸出直流電位漂移完全控制。伺服放大器之主體是一枚運算放大器和一些被動 RC 元件,請參看圖二


(因 R's 與 Rf 均遠大於 R)

當 Ai=0 時由於反相端會由 A2 得到修正電壓,使偏離電壓非常的小,因此是自動維持著輸出端於 0 電位。

  由以上我們可以知道:

當高頻時伺服電路不動作。

低頻時會受到衰減,由Rs 和 Cs 的值來決定受影響的低頻到多低。

輸出電位會鎖定在 OP 的輸入補償電壓(Input Offset Voltage),此電壓為 mV 級(約在 5mV 以下)。

  其他的各種伺服電路請參看圖三,在此不再計算,工作原理均類似,可以用在任何放大器上。



DH 101 的改製工作

  DH 101 是近來頗負盛名的前置擴大機,在眾多電路之中可以算是最簡潔的,音技介紹給廣大的讀者,想必也有上千人裝過此型。DH 101 結構雖然簡單但是受到各界的好評,我一在音技 40期看到就趕熱門裝了一台,裝好後卻良到輸出電位有不穩定的現象,而極性電容的存在要負絕對的責任,也許廠家另有高品質的電容可用。首先我在 C3 C4 上並上 0.1uF 的 Mylar 電容(請用無感型的,TSC 有出),因為 C3 C4 上有著穩定的直流電位,加上 Malar 電容只是改良電解電容的高頻特性。C5 就有麻煩了,因為其容量大到 470uF,如果用兩隻 1.000uF 的做正──負──負──正接成無極性要占頗大的空間,而且這種背對背(back-to-back)接法會使電容增加等效串連阻值(Equivalent series resistance),而且電容特性必須要有相同特性,如容量不能差太多、漏電情況必須很良好,問題多多,不敢亂用。同時因為伺服電路只是知道而未試用過,心裡癢手也癢,就對著電路圖先發一會呆,要決定回授的加入位置。因為 DH 101 設計上頗為巧妙,不能以一隻 OP 來看待,首先決定不能用圖三(c)型電路,因為唱頭的負載端希望能穩定一點,直接去掉 C5 回授到 R8 上也不行,因為 DC 的維持本來是靠 R7 R9 C5 共同擔負,現在 R7 R9 直接到地而 C3 C4 阻絕了回授的直流修正電位,伺服迴路不能動作變成此路不通。想想試試的弄了好一陣子,變成現在的樣子:將 C5 拆去,R10 也不用了,R8 直接到地,R7 R9 接到伺服電路,工作才算穩定下來,源 DH 101 請看音技 40 期,修改後的請看圖四。因為輸出的偏離電壓只有約 1mV(我用三用錶加上一個 OP 放大 100 倍量的),所以 C10 也不要了,可以真正的算是直接交連了。在改製時由於 C5 拔下後留有兩個孔,一個 R8 接地的孔供接地用,一個與 R7 R9 相連的孔是伺服迴路用來連接用的,伺服迴路因零件不多,只有三隻電阻兩隻電容和一個 OP,因此沒有另外洗板子,直接裝在萬用板上,電源與 DH 101 共用。

  現在市面上 OP 的種類很多,但是為了 Mylar 電容不能用太大值的 R5,而要低頻好,必須很大(470KΩ),所以我用的是 CA 3140AT(Input Impendence 1.5TΩ),如果用 741 之類非 FET 或 MOS 輸入的,R5 請用 100K,C5 用 1uF,以免受到輸入阻抗不夠大而影響工作。

  裝好後開始用最簡單的方法測量一下結果:

  用一個 OP 放大 100 倍送入三用電錶或直接用 DMM 來量度輸出直流電位,如果在 ±10mV 以下均可算正常。

  找一台吹頭髮的熱風機吹一下,看輸出端的變化是否會很厲害,請不要用烙鐵去燙晶體,免得把電路上零件短路自找麻煩。

  改用 AC 檔(不要加 OP 放大)量度輸出,用手拿起子碰一下輸入端(注意手拿起子把不要碰到起子的金屬部分),看是否有輸出。

  做完了以上的簡單的測試後,就可以將整個系統接起來進行最後也最重要的人耳測試。放上一張唱片細心的聆賞,最好能先改一邊試試看,並可和另一聲道比較音色上的改變,如果你覺得聲音變得更清爽細膩,那就是原來的那顆電容所造成的染色被清除了以後所得到的。如果你覺得沒什麼變化,那也沒關係,反正是自己裝試一下,花費也不多也不麻煩,而且至少直流工作更加的穩定。

後記

  由於在 EQ Amp 上試用伺服迴路成功,現在我的整個擴大機系統都用上了伺服控制,效果很不錯,希望您也能有一個完美的結果。

轉載音響技術第55期JUL. 1980 伺服DC式DH-101前級製作/王文忠

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